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¿Qué es la eficiencia térmica del ciclo de Brayton? Definición

Los modernos motores de turbina de gas y los motores de inyección de aire también siguen el ciclo de Brayton. La eficiencia térmica del ciclo de Brayton se puede expresar en términos de temperaturas. Ingenieria termal

Eficiencia térmica del ciclo de Brayton

Supongamos el ciclo Brayton ideal que describe el funcionamiento de un motor de calor a presión constante . Los modernos motores de turbina de gas y los motores de inyección de aire también siguen el ciclo de Brayton. Este ciclo consta de cuatro procesos termodinámicos:

  1. primera ley - ejemplo - ciclo de brayton
    El ciclo ideal de Brayton consiste en cuatro procesos termodinámicos. Dos procesos isentrópicos y dos procesos isobáricos.

    Compresión isentrópica : el aire ambiente ingresa al compresor, donde se presuriza (1 → 2). El trabajo requerido para el compresor viene dado por C = H 2 – H 1 .

  2. adición de calor isobárico : el aire comprimido pasa a través de una cámara de combustión, donde se quema el combustible y se calienta el aire u otro medio (2 → 3). Es un proceso de presión constante, ya que la cámara está abierta para fluir hacia adentro y hacia afuera. El calor neto agregado viene dado por add = H 3 – H 2
  3. Expansión isentrópica : el aire calentado y presurizado se expande en la turbina y abandona su energía. El trabajo realizado por la turbina viene dado por T = H 4 – H 3
  4. rechazo de calor isobárico : el calor residual debe rechazarse para cerrar el ciclo. El calor neto rechazado viene dado por re = H 4 – H 1

Como se puede ver, podemos describir y calcular (por ejemplo, eficiencia termodinámica) tales ciclos (de manera similar para el ciclo de Rankine ) usando entalpías .

Para calcular la eficiencia térmica del ciclo Brayton (compresor único y turbina simple), los ingenieros utilizan la primera ley de la termodinámica en términos de entalpía en lugar de en términos de energía interna.

La primera ley en términos de entalpía es:

dH = dQ + Vdp

En esta ecuación, el término Vdp es un proceso de flujo de trabajo. Este trabajo,   Vdp , se utiliza para sistemas de flujo abierto como una turbina o una bomba en la que hay un “dp” , es decir, un cambio de presión. No hay cambios en el volumen de control . Como puede verse, esta forma de ley simplifica la descripción de la transferencia de energía .

Hay expresiones en términos de variables más familiares como temperatura y presión :

dH = C p dT + V (1-αT) dp

Donde p es la capacidad calorífica a presión constante y α es el coeficiente de expansión térmica (cúbica). Para gas ideal αT = 1 y por lo tanto:

dH = C p dT

A presión constante , el cambio de entalpía es igual a la energía transferida del ambiente a través del calentamiento:

Proceso isobárico (Vdp = 0):

dH = dQ → Q = H 2 – H 1   → H 2 – H 1 = p (T 2 – T 1 )

En una entropía constante , es decir, en un proceso isentrópico, el cambio de entalpía es igual al trabajo del proceso de flujo realizado en o por el sistema:

Proceso isentrópico (dQ = 0):

dH = Vdp → W = H 2 – H 1     → H 2 – H 1 = p (T 2 – T 1 )

primera ley - ejemplo - ciclo de brayton
El ciclo ideal de Brayton consiste en cuatro procesos termodinámicos. Dos procesos isentrópicos y dos procesos isobáricos.

La entalpía se puede convertir en una variable intensiva o específica dividiéndola por la masa . Los ingenieros usan la entalpía específica en el análisis termodinámico más que la entalpía misma. La eficiencia térmica de un ciclo Brayton tan simple, para gas ideal y en términos de entalpías específicas, ahora se puede expresar en términos de temperaturas:

eficiencia térmica del ciclo de Brayton

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.